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Introduction :
L’injection est aujourd’hui l’un des procédés les plus utilisés pour la fabrication en moyen et
en très grande série dans la bonne matière, c’est une technique de mise en forme
essentiellement applique aux thermoplastiques. Cependant elle commence à être appliquée
aux thermodurcissables. Elle est utilisée dans de très nombreux domaines : l’automobile,
l’électronique, la robotique, le médical l'aéronautique, l’aérospatial, Téléphones, seringues,
pare chocs, capots, carters, boîtes…
La qualité d’un objet injecté dépend de trois critères :
1. La conception des formes de la pièce.
2. La conception et la qualité de réalisation de l’outillage (le moule).
3. Les conditions et les paramètres de moulage (injection).
Ces objets peuvent être obtenus par moulage qui permet de produire très rapidement (en une
seule opération) des objets de qualité en grande quantité, même si les formes sont complexes,
dans des gammes de poids allant de quelques grammes à plusieurs kilogrammes.
L’étude et la Conception d’un moule constitue la plus importante étape dans le processus de
production du produit, L’étude fait appel à des connaissances qui s’étalent sur une diversité de
problèmes : Thermique, Mécanique des fluides, Rhéologique ….
La matière, les paramètres d’injection, la spécifié du moule et l’empreinte constituent une
série à Etudier à chaque conception, donc L’étude portera sur l’injection d’une caisse :
conception de la caisse, dimensionnement du moule, Etude de la partie thermique, simulation
d’injection. L’optimisation portera sur le choix idéal de la matière à injectée ainsi une
optimisation de l’état des surfaces fonctionnelles de la pièce et les paramètres d’injection les
plus appropriés pour cette pièce.
2
I. Le procédé d’injection des thermoplastiques :
Le procédé d’injection est un procédé de mise en forme des thermoplastiques par moulage
permettant la production de pièces minces jusqu’à quelques millimètres d’épaisseur. Ce
procédé est très répandu pour les productions de grandes séries comme l’automobile,
l’électroménager ou l’électricité.
1. Le déroulement de l’injection :
• La presse d’injection :
La presse d’injection se compose de trois sous partie :
- Le groupe de plastification et d’injection (figure 1.1) comprenant la vis, le fourreau
chauffant et la trémie d’alimentation.
- Le moule d’injection (figure 1.1) qui se constitue d’une partie fixe de la machine et un
autre mobile afin de libérer la pièce, et un système d’éjection, de refroidissement, et
d’alimentation.
- l’unité de contrôle.
Figure 1: presse d'injection
 Les diverses parties de la machine :
1. Plateau arrière fixe (Backing platen)
2. Mécanisme de fermeture - genouillère et vérin (Closing mechanism - Toggle lever and
cylinder)
3
3. Éjecteur (Ejector)
4. Plateau mobile (Floating platen)
5. Colonne de guidage (Tie bar)
6. Plateau fixe d’injection (Fixed platen)
7. Buse d’injection (Nozzle)
8. Tête du baril (Barrel head)
9. Bande chauffante (Heater band)
10. Baril d’injection (Transfer chamber)
11. Vis (Screw)
12. Trémie d’alimentation (Feed hopper)
13. Goulotte d’alimentation (Feed throat
14. Motorisation de la vis (Screw motor)
15. Décharge des pièces (Parts discharge opening)
16. Moule (Mold)
17. Console de commande (Digital control panel)
18. Bâti (Frame)
• Le cycle de vie de l’injection :
La matière plastique (exemple : PP, PE, ABS, …) se présente sous forme de granulés dans
la trémie. Celle-ci doit subir une première transformation, elle est chauffée à l’intérieur du
fourreau puis malaxée par une vis. Cette première étape s’appelle la plastification. A la
suite de cette opération la matière visqueuse est poussée dans le moule par un piston.
C’est l’injection. Pour que la matière puisse se solidifier, il est ensuite nécessaire de
4
thermo réguler le moule. La pièce moulée peut alors être éjectée après ouverture du moule
grâce à un système d’éjection.
2. Les matières injectables :
Les polymères (thermoplastiques et thermodurcissables) et les élastomères peuvent être
moulés par injection. Les Thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous
l'action de la chaleur. Ils reprennent leur forme initiale en refroidissant sauf dans le cas
de réchauffements répétés.
• Les Thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous l'action de la chaleur.
Ils reprennent leur forme initiale en refroidissant sauf dans le cas de réchauffements
répétés.
• Les thermodurcissables Ce sont des plastiques qui prennent leur forme définitive au
premier refroidissement, la réversibilité est impossible.
• Les élastomères : Ils présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Ils
sont employés dans la fabrication des coussins, de certains isolants ou des pneus.
Mais, les thermoplastiques restent les plus utilisés pour ce procédé de mise en forme.
Synthèse :
Le procédé d’injection est un procédé de mise en forme essentiellement des
thermoplastiques par moulage permettant la production de pièces minces. Ce procédé se fait à
l’aide d’une presse d’injection qui se constitue de trois principales parties : unité d’injection,
moule et unité de fermeture.
L’injection des matières plastiques se fait en plusieurs étapes : plastification, remplissage,
maintien, refroidissement et éjection de la pièces finale.
5
II. Le moule d’injection :
Le terme mouler une forme ou une cavité creuse, dans laquelle le plastique fondu est forcé
de donner la forme de la pièce requise, se réfère généralement à tout l'ensemble des pièces qui
constituent la section de l'appareil de moulage dans lequel les parties sont formées. En outre,
le fait de démouler ses pièces plus facilement, il faut s’assurer de maitriser de nombreux
paramètres : la solidification de la pièce, le remplissage complet du moule, le réchauffage, le
refroidissement de la matière etc.., ceci est dans le but d’éviter toute sorte de défaut qui vas
influencer le processus de production.
En générale, le moule se compose d’un certain nombre d’éléments qu’on peut les classées
dans des sous-ensembles fonctionnels :
- Les éléments moulants : empreints (poinçon et matrice).
- Les éléments fonctionnels : carcasse, alimentation, mécanisme de démoulage et de
libération des pièces injectées, dispositifs de régulation de températures de moule.
- Les éléments auxiliaires : fixation et dispositif de manipulation, systèmes de centrage,
robots de mise en place des prisonniers et d’extraction des pièces moulées, dispositifs de
sécurité et de contrôle du démoulage. Ces éléments doivent remplir plusieurs fonctions dans
la presse d’injection :
- fonction mise en forme.
- fonction alimentation.
- fonction régulation.
- fonction éjection.
Figure 2: Les différentes fonctions du moule d'injection
6
1) Vue en 2D et 3D du moule :
Figure 3: Les différents composants du moule, vue en 2D
Nomenclature : (tableau 3 de l’annexe)
2) Type des moules d’injection :
Un moule doit généralement remplir des fonctions, de moulage, éjection, guidage et
refroidissements, plusieurs familles de moules trouvent leurs justifications en fonction du :
• Nombre d’empreintes (1, 2, 4, 8, 16, 32 ...). [3]
• Son architecture : nombre de plaques, tiroirs, coquilles
• Le système d'alimentation : carotte perdue, canaux chauffants
• Le type d'alimentation des empreintes : pin point, en masse, en parapluie, sous-marine, en
ligne, en "n" points
• L'éjection des pièces (par éjecteur, bloc d’éjection ou autres)
• La régulation de la température
• La durée de vie (choix des matériaux) En fonction de ces paramètres
7
Figure 4: vue en 3D du moule d'injection
2.1Moule à deux plaques :
Le tableau suivant illustre le fonctionnement d’un moule à deux plaques, par les schémas
associés.
Figure 5 : Le fonctionnement d’un moule à deux plaques
8
2.2Moule à trois plaques :
Le tableau suivant illustre le fonctionnement d’un moule à trois plaques, également on
rencontre dans l’industrie des moules à plusieurs plaque utilisant le même principe, la
chronologie des ouvertures, se fait les priorités définis par le concepteur, principalement on a
un plan de joint carotte et un plan de joint pièce
Figure 6: fonctionnement d'un moule à trois plaques
2.3Moule à tiroir :
Les moules à tiroir et à coins forment des solutions particulières pour permettre d’injecter des
pièces présentant des contre dépouilles, leur fonctionnement est présenté par le tableau suiva
Figure 7: Fonctionnement d'un moule à tiroir
9
3. Les différentes fonctions du moule :
La majorité des moules sont fabriqués à partir des éléments standard vendus dans le
marché par différents constructeurs comme DME, HASCO, RABOURDIN, STRACK, etc.
Chaque moule, quel que soit son type, se compose ou fait appel à un certain nombre de sous-
ensemble fonctionnel pour remplir les fonctions suivantes [5, 6].
▪ Fonction alimentation : Le moule doit conduire la matière en fusion depuis la buse de
presse jusqu'à l'empreinte.
▪ Fonction mise en forme : C'est la forme et les dimensions des parties moulantes qui
déterminent la forme et les dimensions de la pièce plastique.
▪ Fonction éjection : Pour démouler les pièces plastiques, il faut souvent faire des
mouvements plus ou moins complexes puis l’éjecter pour sortir la pièce de l’outillage.
▪ Fonction régulation thermique : La matière entre en fusion dans les parties moulantes. Il
faut donc la refroidir pour qu'elle se solidifie. C'est souvent le refroidissement qui est le temps
le plus important dans un cycle de moulage.
▪ Fonction guidage / positionnement : Le moule étant composé de plusieurs parties séparées
par le plan de joint, à la fermeture du moule celui-ci doit être guidé et recentrer pour que les
parties moulantes de la pièce soit en correspondance entre les différentes parties du moule.
▪ Fonctions manutention, stockage, sécurité et liaison machine : Ces fonctions assure la
relation correcte entre la presse et les différents périphériques ainsi que le stockage et la
manutention des moules.
Ainsi que d’autres fonctions indispensables : Le maintien, La fixation
3.1 La fonction d’alimentation :
Elle sert à faire passer le polymère fondu de la buse machine vers la buse outillage ou la
buse moule (il se peut que la buse machine remplace la buse outillage) soit directement ou à
travers un canal d’alimentation, la plupart des buses outillages utilisées sont les buses directes
à cause de plusieurs caractéristiques, les paramètres qu’il faut prendre en considération
sont :
• Le diamètre de la buse outil (elle doit répondre à quelques critères)
• La forme du canal : cylindrique, trapézoïdale, etc.
• Le diamètre du canal.
• La forme et le diamètre des seuils : c’est eux le lien entre l’empreinte et le
canal d’alimentation.
10
3.2 La fonction mise en œuvre
C’est cette fonction qui assure la forme de notre pièce, en fait pour se faire il faut prendre
en considération que :
• La pièce doit contenir des dépouilles d’ordre de grandeur entre 0.5 à 2°,
• Ainsi que des congés dans les angles vifs (les coins),
• Il s’agit aussi de retraits différentiels qui peuvent avoir lieu à cause de
refroidissement. Lors de la conception des pièces on doit appliquer un
coefficient de correction des dimensions de l’empreinte qui tiennent compte
du retrait de la matière. Il s’agit de pourcentage de calcul du retrait total qui
est la somme du retrait de moulage et du post retrait dû à la poste
cristallisation, pour les polymères semi- cristallin comme le PE et le PP le PR
est moins important que celui du moulage.
• Il s’agit d’éventail : qui sont des bulles d’air qui restent lors de l’injection et
qui peuvent causer un brulement de la pièce ainsi qu’un retardement de
remplissage et une pression intense sur le polymère. C’est pour cela qu’il faut
utiliser des orifices qui permettent l’évacuation rapide de l’air c’est plus
difficilement réalisable en dehors de la ligne de joint. Il est donc souvent
préférable de revoir la géométrie de la pièce afin de limiter ce défaut.
Figure 8: Principe de l'alimentation du moule
Figure 9: La partie mobile et la partie fixe d'une pièce faite par injection
11
Les empreintes sont les parties du moule qui servent à obtenir la pièce désirée. Il y en a deux
par pièce moulée, une en partie fixe et l'autre en partie mobile.
 Le bloc empreint mobile :
Les fonctions à assurer :
- Mettre en forme la pièce avec le bloc empreinte fixe.
- Alimenter l’empreinte. • Ejecter la pièce.
- Positionnement par rapport au bloc empreint mobile (si nécessaire).
 Le bloc empreint fixe :
Les fonctions à assurer :
- Mettre en forme la pièce avec le bloc empreinte fixe.
- Alimenter l’empreinte.
- Positionnement par rapport au bloc empreint mobile (si nécessaire).
✓ La plaque de support d’efforts (passages d’éjecteurs à percer)
Il faut permettre le passage des éjecteurs. (Perçage)
✓ Méthodes d’obtention des empreintes :
Réalisation par usinage (Enlèvement de matière).
- Réalisation par coulée sous vide.
- Réalisation par fonte à cire perdue.
- Réalisation par ajout de matière
3.3 Fonction d’éjection :
Cette fonction assure l’extraction correcte des pièces et suivant besoin de leur système
d’alimentation hors de l’outillage. L’étude des plans de joint et du sens de démoulage
détermine la partie de l’outillage sur laquelle s’opérera la retenue globale de la pièce. Cette
partie est dans la plupart des cas la partie mobile où sont implantés les dispositifs d’éjection
de pièce :
❖ Hydraulique
❖ Pneumatique
❖ Mécanique
Grace à l’action de la presse ou par un système indépendant. Il peut arriver de devoir
positionner l’éjection coté fixe. Il est aussi possible de faire de séquence d’éjection avec
multi-batterie d’éjection pour éjecter la carotte avant la pièce ou inversement ou bien d’autres
possibilités existent.
Cette fonction prend en compte les paramètres suivants :
❖ Les possibilités mécaniques du polymère
❖ Un calcul d’effort d’éjection peut être fait faisant entrer en compte :
❖ Les formes et dimensions des zones de retenues
12
3.4Fonction régulation thermique :
Cette fonction assure la régulation de l’outillage pour permettre une solidification correcte du
polymère. Cette fonction est nécessaire pour obtenir une structure optimale du polymère injecté et un
temps de production minimum. Ces deux objectifs sont généralement contradictoires. La réalisation de
cette fonction est assurée par la circulation dans l’outillage (circuits de régulations) d’un fluide
caloporteur qui passe par des trous de refroidissement ayant un diamètre d’ordre de grandeur de 6 mm
à 12 mm, au-delà de ces diamètres crée un flux laminaire néfaste à l’absorption de calories.
L’importance du standard des raccords de raccordement peut aussi jouer sur le dimensionnel ou bien à
travers des rainures soit sur un fond, soit sur le périmètre d'une pièce circulaire.
3.5Fonction de guidage et de de positionnement :
Le moule étant composé de plusieurs parties séparées par le plan de joint, à la fermeture
du moule celui-ci doit être guidé et recentrer pour que les parties moulantes de la pièce soit en
correspondance entre les différentes parties du moule. Cette fonction assure le guidage et le
positionnement de la partie mobile de l’outillage par rapport à la partie fixe.
Bilan des centrages et des guidages :
▪ Guidage 1 : Mouvement linéaire du plateau mobile sur les colonnes presse
▪ Guidage 2 : Mouvement de la Partie Mobile (PM) avec la Partie Fixe (PF) de
l’outillage
Figure 10: Éjection par Bloc d’éjection ou pavé d’éjection et les défauts à éviter
Figure 11: Les centrages et les guidages à assurer sur une presse/moule
13
▪ Centrage 1 : Mise à l’axe de l’Axe Outillage sur l’Axe Presse
▪ Centrage 2 : Mise à l’axe de l’Axe de la Partie Mobile (PM) avec l’Axe de la Partie
Fixe (PF) de l’outillage/
❖ Concernant le centrage entre l’outillage et la presse, il s’agit de bagues de
centrages ayant pour rôle de faire cette fonction.
❖ Pour assurer le centrage entre l’axe de la partie fixe et la partie mobile on
procède à un recentrage :
▪ Soit par un "cône"
▪ Soit par des faces inclinées.
▪ Soit par des centreurs coniques ou droits.
❖ Le guidage et le positionnement seront obtenus suivant les tolérances
imposées à la pièce et aux parties rentrantes fragiles ou non, par différents
systèmes :
• Soit un ensemble de colonnes et douilles de guidage permettent d’assurer la fonction
complète,
• Soit un ajout de centreurs coniques ou droit seront nécessaires afin d’assurer cette
fonction avec plus de précision.
Figure 13: bague de centrage
3.6 Fonction de maintien :
Assuré par :
Plaque arrière coté injection : Permet de fixe la rondelle de centrage, la buse moule
et les bagues de guidage, ainsi que le bridage.
Plaque porte empreinte coté injection : Permet la fixation de la bague de guidage,
contient
Plaque porte empreinte coté éjection : le circuit de régulation de température
Figure 12: Colonne de guidage
14
3.7 Fonction de fixation :
Permet de fixer la plaque arrière cote injection sur la plaque porte empreinte cote injection,
elle se fait soit :
3.8Fonction manutention, stockage, sécurité et liaison machine :
Afin d’éviter toute détérioration de l’outillage, il est impératif qu’à la fermeture du moule le
dispositif d’éjection soit rentré. Les systèmes permettant le retour de la batterie d’éjection sont
❖ Les ressorts
❖ Les vérins
❖ Les éjecteurs de remise à zéro
Figure 14: différentes possibilités de fixation dans un moule
15
❖ Les capteurs
En outre des solutions constructives sont mise en place pour assurer la manutention des
moules pour le stockage et les opérations de maintenances et de fin de série.
4. Dimensionnement et conception du moule :
La conception du moule pose sur des règles bien définis qui prennent en considération un
nombre important de critères ainsi qu’elle nécessite un dimensionnement bien précis.
4.1Dimensionnement de la buse outil :
• Le diamètre de la buse :
Est défini selon MENGES par la relation suivante :
Où V : est la quantité de la matière injectée (après presque la fin du remplissage, une
quantité additionnelle de la matière est injectée pour remplir le vide établi par le retrait) et
v : la vitesse d’injection et t : temps de remplissage, généralement le produit v*t est connu
pour chaque matériau,
En outre de cette relation il y a une autre qui présente un critère très important
Le même auteur propose pour le calcul de d, la relation suivante :
Où K est une constante dépendant de la matière.
• Les types de la buse outil :
On distingue plusieurs types de buse moule en fonction de la pièce, la matière et le moule.
▪ Buses Directes
▪ Buses Chauffantes Directes.
▪ Buses Chauffantes à Obturation.
16
▪ Blocs Chauds et Busettes d’alimentation directes
▪ Blocs Chauds et Busettes à Obturation.
En effet les buses d’injection directe sont les plus répandues dans le marché dont les
caractéristiques générales
• Possibilité d’injecter directement sur la pièce mais nécessite une reprise
(coupe de la carotte) ou directement sur le canal d’alimentation au plan de joint.
• Elles comportent une dépouille suffisante, un état de surface polie et une
dureté de minimum 55HRC.
• Le Ø d’entrée doit être supérieur au Ø de la Buse machine
• Généralement Ø4 pour les petites pièces et Ø8 pour les grosses pièces
• Une régulation efficace est nécessaire autour de la buse pour que le cycle de
démoulage ne dépende pas du temps de refroidissement de la carotte. (Tableau 7
annexe)
4.2 Dimensionnement des canaux d’alimentation :
• La forme du canal d’alimentation : (tableau 8 annexe)
Bien qu'idéalement la section circulaire (qui offre la surface maximale pour un
périmètre minimal) soit la meilleure, on a recours pour des raisons de facilité d'exécution à
des canaux dont les sections sont semi-circulaires, trapézoïdales ou en forme de U
• Diamètre du canal d’alimentation :
 Le calcul du diamètre du canal d’alimentation d’après le tableau du DUBOIS
suivant : (tableau 4, annexe)
 Selon PYE, le diamètre du canal d'alimentation s'exprime par :
dc = diamètre du canal en inches (1 inches=25,4 mm)
m = masse de la pièce en onces (1 oz = 31 g)
L = longueur du canal en inches
4.3 Dimensionnement des seuils d’injection :
• Calcul des dimensions des seuils :
Il n’y a pas des critères sur la géométrie des seuils, néanmoins à chaque géométrie des
règles selon plusieurs auteurs qu’il faut respecter, parmi ces calculs :
Pour les seuils rectangulaires, la hauteur h est déterminée par la formule : h = n e
h = hauteur du seuil en mm
e = épaisseur de la paroi en mm (au droit du seuil)
n = constante du matériau
17
Le calcul de la largeur l s'effectue selon la formule :
l : largeur en inches ;
S : surface de l cavité exprimée en inches2.
Pour ce qui concerne la longueur Ls du seuil, PYE propose :
Pour les seuils circulaires PYE fait intervenir l'épaisseur de la paroi de la pièce, face au
seuil, pour le calcul du diamètre:
d = diamètre du seuil ; n = constante du matériau ; S = surface de la cavité e = épaisseur de
paroi au droit du seuil
MOURGUE propose une autre formule faisant intervenir la masse de matière m à
fournir en g.
Ss = section du seuil en mm2 ; e = longueur du seuil en mm
L = longueur du canal c'alimentation (mm)
MENGES propose des surfaces de seuils égales au 1/10 de la surface des canaux et
une Largeur égale à trois fois la longueur de l'attaque.
La formule la plus simple est en fait celle de DELORMES = 0,3 P S avec S section du seuil
en mm² et P poids de la pièce en g
• Types de seuils d’injection : ( tableau 9 ,annexe)
• La position des seuils d’injection :
Le choix de la position du seuil est guidé par des contraintes de fabrication du moule
et de limitation des défauts pièces, il faut pour choisir la position du seuils suivre les
recommandations suivantes :
Toujours chercher à positionner le point d'injection dans la zone présentant la plus
grande épaisseur de paroi.
_ Ne jamais positionner le seuil près de zones soumises a de fortes contraintes.
_ Pour les pièces longues, le seuil sera si possible positionne longitudinalement, de
préférence a une position transversale ou centrale, notamment dans le cas de résines
renforcées.
_ Si le moule possède deux cavités ou plus, les pièces et leurs points d'injection seront
Figure 15: Ensemble de seuils rectangulaires
Figure 15: Ensemble de seuils circulaires
18
disposées de façon symétrique par rapport à la carotte.
_ Pour les pièces comportant des charnières intégrées, le seuil sera positionné de telle
sorte que la ligne de soudure soit éloignée de la charnière. Les interruptions
d'écoulement près des charnières doivent être évitées a tout prix.
_ Pour des pièces tubulaires, le fondu devra d'abord remplir la circonférence annulaire a
une extrémité, puis la longueur du tube proprement dit. Cette procédure permettra
d'éviter l'asymétrie du profil de l'écoulement frontal.
_ Les surfaces apparentes ne devant présenter aucun défaut visuel (comme par exemple
des marques de référence) pourront être moulées à partir d'un point d'injection situe sur
leur face inferieure, en utilisant une alimentation par seuil sous-marins.
_ Positionner le point d'injection de façon à éviter autant que possible les interruptions de
l'écoulement frontal (pièces complexes, moules a empreintes multiples de formes
différentes, etc.), même brèves, durant le remplissage.
4.4 Choix des dépouilles :
La dépouille dépend essentiellement de l'état de surface de la pièce et de la précision de
la géométrie des surfaces (grainage, poli glace, planéité, rectitude…) ainsi que le matériau
appliqué. Dans une moindre mesure la dépouille dépend aussi de l'élasticité du
thermoplastique.
4.5 Le calcul des retraits :
Le retrait exerce une influence directe sur les dimensions d'une pièce moulée par
injection. Un retrait différentiel provoque des déformations (gauchissement ou voilage).
L’évaluation du retrait est toujours difficile, quel que soit la matière plastique, il convient
à le déterminer par des résultats expérimentaux.
-Le retrait de moulage est indiqué en % :𝑹 𝒎 =
𝑴 𝒇−𝑳
𝑴 𝒇
Figure 16: La forme de dépouille
19
-Le post-retrait est indiqué en % : 𝑷 𝒓 =
𝑳−𝑳 𝟏
𝑳
× 𝟏𝟎𝟎
RETRAIT = dimension de l’empreinte – dimension de la pièce
( Pour voir les retraits des différents matériau voir( tableau2 Annexe)
4.6 Le choix du plan de joint :
Le tracé du plan de joint résulte de la morphologie de la pièce moulée, de ses tolérances, des
exigences esthétiques, du choix du système d’extraction et de la presse à injection utilisée. La
surface de contact des deux parties de l’empreinte peut être plane ou non ; elle doit assurer
l’étanchéité du moule, être résistante à la force de fermeture et à l’abrasion.
• Position du plan du joint :
Tributaire par la géométrie de la pièce, et surtout les petits détails de forme comme l’arrondie
ou congé.
20
L’approche tangentielle lors de la fermeture d’outillage engendre des frottements, des usures,
des pertes de matières, d’où il est préférable d’avoir des approches obliques
• Lignes de joint :
Les lignes de joints sont des ≪ marques ≫ sur la pièce démoulée qui résultent du
contact de différents éléments de l’outillage participant au morcelage de l’empreinte. Il
existe 3 types de lignes de joints :
o Les extérieures
o Les intérieures
o Les auxiliaires
❖ La ligne de joint extérieure ou externe :
On appelle ligne de joint extérieure la trace que le plan de joint de l’outillage laisse sur les
pièces. Elle résulte du contacte entre la partie mobile et la partie fixe de l’outillage. Elle
sera toujours une ligne dite « fermée ». Plus l’outillage sera soigné et de qualité, moins la
ligne de joint sera visible.
❖ La ligne de joint intérieure ou interne :
21
On appelle ligne de joint interne la trace que laisse les éléments de formes moulantes tels
que les broches, les poinçons et les noyaux. Lorsque ces derniers viennent en contact avec
la partie opposée du moule
❖ · La ligne de joint auxiliaire :
On appelle ligne de joint auxiliaire la trace laissée par les éléments moulants tels que les
tiroirs et les cales pentées.
4.7 Le choix des éjecteurs :
• La forme des éjecteurs : (tableau 5 de l’annexe)
22
Circulaire autant que possible (facilité d’usinage) à lame si l’appui se trouve sur un rebord ou
à l’extrémité d’une nervure Tubulaire si nous sommes en présence d’une forme circulaire
creuse à démouler
• Le nombre :
Le plus grand nombre possible afin d’assurer une extraction sans problème. Le minimum
afin de réduire les coûts de l’outillage.
• Le positionnement :
 Sur des surfaces non visibles et non fonctionnelles
 A proximité des endroits ou l’empreinte est profonde (nervure, bossage, rebord…)
 A proximité immédiate des contre-dépouilles ou des surfaces ayant des dépouilles
faibles,
 Proche des seuils sous-marins
• Le guidage :
Un guidage long est préconise soit environ 3 à 4 fois le diamètre de l’éjecteur.
• La longueur :
Chaque éjecteur est ajusté individuellement par rapport à la surface de l’empreinte
• La course :
Elle sera au minimum égale à la profondeur maxi de l’empreinte a démouler ou de la
longueur du noyau
• Sécurité :
Afin d’éviter toute détérioration de l’outillage, il est impératif qu’à la fermeture du
moule le dispositif d’éjection soit rentre. Les systèmes permettant le retour de la batterie
d’éjection sont :
o Les ressorts
o Les vérins
o Les éjecteurs de remise à zéro
o Les capteurs
• Choix de dispositif d’éjection :
En fonction de la forme de la pièce, du nombre de pièces, des spécifications du cahier
des charges pièce, on choisira un type d’éjection diffèrent :
· Ejecteur cylindrique ou tubulaire
· Ejecteurs a lames
· Plaque dévetisseuse
· Soupape d’éjection
· Ejection combine (associe 2 ou 3 systèmes)
· Ejecteur annulaire
• Types d’éjecteurs :
23
4.8 Le dimensionnement des canaux de refroidissement :
• Le diamètre des canaux de refroidissement :
On refroidit les moules par rapport à la température d'injection du polymère. Bien souvent
la température des moules est comprise entre 40°C et 100°C. La plupart du temps, on perce
des trous pour faire circuler un liquide de refroidissement. Théoriquement le diamètre de ces
trous sera 𝐷 =
√ 𝑤.√ 𝐿
3.7
Pratiquement on choisit du tableau ci-dessous le diamètre approprié pour chaque
matière :
En effet les diamètres couramment utiliser vont de Ø6, Ø8, Ø10, Ø12 au-delà les
diamètres créent un flux laminaire néfaste à l’absorption des calories. L’importance du
standard des raccords de raccordement peut aussi jouer sur le dimensionnel.
Figure 17: différents types des éjecteurs
Figure 18: différents circuits de refroidissement
24
• Position des canaux de refroidissement :
Les entrées et sorties doivent idéalement être positionnées sur le dessous du moule. Cela
élimine le risque de suintement du liquide de refroidissement sur le moule.
On note TF la température du fluide de refroidissement, TC est la température à la surface des
canaux de refroidissement, ΓC est la surface des canaux de refroidissement. La différence de
température entre la surface de la cavité moulante et la surface des canaux de refroidissement
est due à la conductivité limitée du matériau constitutif du moule et est fonction de la distance
entre la cavité et les canaux L. La densité de flux moyenne à l’intérieur du moule ϕM peut
donc s’écrire
ϕ 𝑀 =
𝜆 𝑀
𝑑 𝑠𝑐
(𝑇 𝑀 − 𝑇𝐶)
• Temps de refroidissement :
Il est calculé par la relation suivante :
𝑡𝑟 = (
𝑒2
𝜋2.𝛼𝑒𝑓𝑓
) . 𝐿𝑛 [
8
𝜋2 ∗
𝑇𝑚−𝑇𝑚𝑜
𝑇𝑒−𝑇𝑚𝑜
]
Avec
tr : temps de refroidissement [s]
e :épaisseur de paroi [m]
𝜶 𝒆𝒇𝒇 : coefficient de diffusion thermique [10-8
m2
s-1
], avec α eff =
𝜆
𝐶 𝜌
e
25
avec C : la capacité thermique
𝜌 ∶la masse volumique du matériau
𝑻 𝒎 : température de la matière [°C]
𝑻 𝒎𝒐𝒚 : température moyenne de la paroi du moule [°C]
(Valeur moyenne de la température Minimale et maximale au cours d’un Cycle par injection)
𝑻 𝒆 : température moyenne de démoulage [°C]
On a utilisé le tableau suivant contenant
4.9 Le choix des paramètres de la machine d’injection :
Figure 19: Les différentes forces appliquées au système d'injection
26
• La force d’injection :
On sait que : 𝐹 = 𝑃 ∗ 𝑆 ∗ 𝑠 avec F : la force d’injection, P : la pression d’injection, S : la
surface du moule, s : Le coefficient de sécurité de la matière.
• Le volume injectable :
Le volume injectable est calculé par la méthode suivante : 𝑉𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 =
𝑉 𝑚𝑜𝑢𝑙é
𝑠
avec
𝑉 𝑚𝑜𝑢𝑙é est le volume de la matière qui entre dans le moule pour prendre la forme, s :
coefficient de sécurité.
• Force de verrouillage :
𝐹𝑣 = 1.1 ∗ 𝑃𝑚 ∗ 𝑆𝐹 avec 𝑃𝑚 : la pression de la matière et SF : la surface du
moule
• Course de dosage :
𝐶 =
𝑉 𝑖𝑛𝑗
𝑆 𝑣𝑖𝑠
avec 𝑉𝑖𝑛𝑗: 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑡𝑒𝑠𝑠𝑒 𝑑′𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 et 𝑆𝑣𝑖𝑠: 𝐿𝑎 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑢 𝑣𝑖𝑠 𝑑′𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛
• Temps de remplissage :
𝑇𝑟 =
𝑉+1.5
𝑄 𝑣
avec V : le volume de la pièce et 𝑄 𝑣: 𝑙𝑒 𝑑é𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑟𝑟𝑖𝑣𝑎𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑢𝑠𝑒
• Temps de cycle :
Le temps de cycle = temps de refroidissement + temps de remplissage
27
4.10 Le choix de la matière du moule :
Les exigences de plus en plus sévères auxquelles doivent satisfaire les outils utilisés
pour la transformation des matières plastiques nécessitent la mise au point spécifique d'aciers
à outils présentant des caractéristiques d'utilisation déterminées en fonction des différentes
applications. Les outils employés pour la transformation des matières plastiques sont
essentiellement sollicités par des pressions et une usure importante. Certains types de matières
plastiques peuvent également être à l'origine de sollicitations par corrosion. Les différentes
matières plastiques et les différents procédés de transformation nécessitent que l'acier à outils
présente certaines propriétés définies, par exemple, ( Voir tableau 6)
4.11 Le choix du type de moule :
Synthese :
Figure 20: Les différents types des moules et leurs propriétés
28
Le moule est la partie ou la matière est fondue afin de donner la forme de la pièces
requise, il y a différentes types de moule (moule à deux plaques, moule à trois plaques,
moule à tiroirs) qu’il faut choisir un type dépendant les critère de la pièces . le moule a
plusieurs fonction :
- La fonction d’alimentation qui est assure par la buse que nous choisissons de la forme et
le diamètre, et les seuils qui est dimensionne par un diamètre et une forme bien déterminé
et finalement le canal d’alimentation qui doit avoir une longueur courte pour limiter les
pertes de la matière et un diamètre déterminé par des abaques afin de donner la matière
suffisante pour la pièce.
-La fonction mise en forme dont la pièce injecte doit avoir des dépouilles afin de faciliter
le démoulage et des arrondis pour éviter les angles vifs un retrait qui dépend de la matière
et un plan de joint qui sépare la partie mobile de celle fixe
-La fonction régulation thermique est la phase de refroidissement dont il faut choisir des
canaux de refroidissement avec un diamètre déterminé par les abaques
29
III. Conception de la pièce et simulation d’injection :
1. Analyse fonctionnelle
1.1 Bête à corne :
1.2 Diagramme pieuvre
-
30
1.3 FAST
31
1.4 SADT :
2. Conception de la caisse :
2.3 Présentation de la caisse
Notre projet est basé sur une caisse plastique de dimensions suivantes : une longueur de
600 mm et une largeur de 400 mm, elle est faite en polypropylène dont les caractéristiques
sont meilleures au niveau de la tenue à la température, la résistance à la fatigue et à la flexion,
la densité qui n’est pas trop élevée et la facilité d’être coloré …
La caisse réelle :
32
La caisse en 3D sur CATIA V5R21 :
Figure 21: vue globale de la caisse
Figure 22: les différentes vues de la caisse
33
Le dessin de définition de la caisse :
2.1 Présentation de la presse d’injection utilisée : (voir tableau 14,
annexe)
2.3 Conception du moule de la caisse sur Catia V5R21 :
Pour avoir une bonne conception de la pièce voulue il faut prendre en
considération :
Figure 23: dessin de définition de la caisse
34
 Les dépouilles : Pour rendre possible le démoulage de la pièce, dans
notre cas et tant qu’on a la caisse en polypropylène, on choisit 2° comme
angle de dépouille.
 Les arrondies : Pour éviter les angles vifs, dans notre cas on a choisi
5mm comme arrondie.
1.3.1 La détermination du poinçon, de la matrice ainsi que les tiroirs :
C’est la phase la plus importante puisqu’à travers elle on détermine les différentes
parties du moule
Figure 24: La dépouille utilisée
35
1.3.2 Le choix du plan de joint :
Le choix du plan de joint doit prendre en considération les éléments qui doivent
être dans la partie mobile du moule ainsi que les éléments qui doivent être dans la
partie fixe, et il doit prendre en considération les congés, les nervures et tout
variation de la surface, c’est pour cela qu’on a choisit comme plan de joint :
Figure 25: La matrice, le poinçon et les tiroirs
36
1.3.3 le remplissage des trous :
Afin de produire une pièce ayant des trous, il faut qu’ils soient remplis dans le
moule pour qu’on puisse les trouer lors de l’injection
On obtient alors les différentes surfaces suivantes après assemblage de différents
éléments de chaque partie :
Figure 26: La surface limitante du plan de joint de la caisse
Plan de joint
Figure 27: trous remplis
37
1.3.4 Le dimensionnement du moule :
 Le diamètre de la buse outil :
𝑑 =
𝑉 𝑖𝑛𝑗
0.78∗𝑣∗𝑡
, 𝑉𝑖𝑛𝑗 =
𝑣 𝑚𝑜𝑢𝑙é
𝜑
=
 Le diamètre de seuil :
Avec n=0.7 pour PP
Donc : d=5.23mm
Figure 29 : la partie poinçon Figure 30 : La partie matrice
Figure 31 : Les tiroirs
38
 Le diamètre de canal d’alimentation :
Donc 𝑑 𝑐=
√38√113
8
=8.22mm
D’après le tableau 4 on constate que le canal a pour forme cylindrique
 Le diamètre des canaux de refroidissement :
D= 7.5mm
 La force de verrouillage :
𝐹𝑉= 1.1*Pm*S
= 1.1*300*60*40=7920 kN
Puisqu’on a une pièce en pp, on peut choisir un moule à deux plaques fait en acier 35CMD7
avec éventuellement 0.07% de S40CMDS (d’après le tableau….) et dans la position 1 (
d’après le tableau ….)., dans l’atelier MOLD TOOLING DEGIN on est aboutit à la forme
suivante :
Figure32 : la forme du moule de la caisse
39
Remarque : à cause du manque de temps on n’a pas pu faire le moule de toute la pièce car
elle contient un nombre énorme de trous, cependant on a pu réaliser le moule de la
« Generative tool » de la pièce :
2. simulation d’injection :
D’après les caractéristiques de la presse d’injection utilisée on a :
✓ La vitesse d’injection est : 150 tr /min
✓ La pression d’injection : 188 MPa
✓ La force de fermeture est calculée par :
F=P.S
=1316*60*40*1.2
=37900.8 kN
✓ Le temps de cycle :
Temps de cycle = temps de remplissage+temps de refroidissement
Avec :
• Le temps de refroidissement est :
𝑡𝑟 = (
𝑒2
𝜋2.𝛼𝑒𝑓𝑓
) . 𝐿𝑛 [
8
𝜋2 ∗
𝑇𝑚−𝑇𝑚𝑜
𝑇𝑒−𝑇𝑚𝑜
]
D’après les caractéristiques de PP on a 𝛼 𝑒𝑓𝑓= 0.12 mm2/s
Figure 33: La partie empreinte du moule d'injection pour le
Générative Tool de la caisse
40
𝑇 𝑚= 240°C 𝑇 𝑚𝑜=45.15°C et 𝑇𝑒=70°C
Donc 𝑇𝑟= 15.88 s
• Le temps de remplissage :
T=
1.5+𝑉
𝑄 𝑣
Donc T=
1.5+60∗40∗18
14233.33
=3.3s
Alors temps de cycle = 19.18 s
Interprétation :
Pour un temps détermine on peut savoir le nombre de caisse injectés.
Synthèse :
En faisant une analyse fonctionnelle pour définir la pièce de notre projet, après conception
de la caisse sur CATIA V5 contenant des dépouilles de 2deg et des congés de 5 mm Apres
avoir faire un dimensionnement de moule en déterminant le diamètre de la buse , de seuil et
de canal d’alimentation on a fait une conception du moule à l’aide de l’atelier core and cavity
. Et enfin une simulation afin de déterminer le temps de cycle et après le cycle de production.
41
Conclusion :
• Grace à notre travail collectif on a pu faire la conception de la caisse sur CATIA V5 et
dimensionner les diverses parties du moule selon les normes exigées dans le cahier
de charge qu’on a choisi.
• La démarche de Conception de moule avec la caisse était très compliquée dont on a
trouvé des problèmes de remplissage des trous.
• Concernant la partie simulation, on n’a pas pu aboutir tout le calcule à cause de
manque de documentation ce qui rendu la tâche difficile. Or on n’a pas cédé dont on
a fait une énorme recherche afin de déterminer tous les paramètres
• En bref on a su le cycle de vie de la caisse : conception, cycle
d’injection (plastification, remplissage, maintien, refroidissement et éjection de la
caisse).
42
Bibliographie et webographie :
https://french.alibaba.com/product-detail/2014-new-plastic-fruit-crate-injection-molding-machine-
1912879888.html?spm=a2700.8699010.normalList.52.5a349d99yFjYaw
https://www.google.com/search?q=calcul+force+de+fermeture+injection+plastique&tbm=isch&sour
ce=iu&ictx=1&fir=OqD_EJENpEnx9M%253A%252CffQJKv5ER03M1M%252C_&vet=1&usg=AI4_-
kRm50cKwhynLXw3Mrwl4AnMo5A9QQ&sa=X&ved=2ahUKEwjp0eeV1-
TiAhXQUlAKHeN2A_YQ9QEwCXoECAUQBA#imgrc=VE43tVAl_8vNFM:&vet=1
https://eduscol.education.fr/sti/sites/eduscol.education.fr.sti/files/ressources/pedagogiques/5349/5
349-ressources-injection.pdf
https://www.usinenouvelle.com/expo/guides-d-achat/injection-thermoplastique-241
https://www.technologuepro.com/cours-procedes-mise-en-forme-matieres-plastiques/chapitre-4-
conception-moules-injection-matieres-plastiques.pdf
https://fr.slideshare.net/ahmedmanai900/copier-cours-plasturgie-version-00-44502178
notes de cours de « procèdes d’obtention des matériaux plastique et composite
« Technologie les moules d’injection »
« Cours de PMF des matières plastiques » Enseignants : SAIDI. B ; HAMMAMI.T et LOUATI. H
Fiche de Connaissances Injection Innovation Technologique et Eco Conception Ressources : Injection
43
Annexe :
Tableau 1: Caractéristiques du polypropylène
Tableau 2: Les retraits de quelques matériaux plastiques
44
Tableau3: Nomenclature d'un moule d'injection
Tableau 4: Diamètre des canaux d'alimentation
selon le matériau
45
Tableau 5: les différents types des éjecteurs
46
Tableau 7 : Gamme de buse d'injection et paramètre de choix
Tableau 6 : Le matériau et l'acier du moule convenable
47
Tableau 8: Les différentes formes des canaux d'alimentation
48
Tableau 9: Les différents types de seuil
49
Tableau 10: Les différentes positions du moule
Tableau 11: Le dimensionnement des différents coté du moule
50
Tableau12: diamètre des canaux de refroidissement selon les matériaux choisis
Tableau13: Les différentes températures de différents
matériaux
51
Tableau 14: La presse d'injection utilisée et ses caractéristiques

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Rapport PFA: Etude, conception et simulation par injection d’une caisse en polypropylène

  • 1. 1 Introduction : L’injection est aujourd’hui l’un des procédés les plus utilisés pour la fabrication en moyen et en très grande série dans la bonne matière, c’est une technique de mise en forme essentiellement applique aux thermoplastiques. Cependant elle commence à être appliquée aux thermodurcissables. Elle est utilisée dans de très nombreux domaines : l’automobile, l’électronique, la robotique, le médical l'aéronautique, l’aérospatial, Téléphones, seringues, pare chocs, capots, carters, boîtes… La qualité d’un objet injecté dépend de trois critères : 1. La conception des formes de la pièce. 2. La conception et la qualité de réalisation de l’outillage (le moule). 3. Les conditions et les paramètres de moulage (injection). Ces objets peuvent être obtenus par moulage qui permet de produire très rapidement (en une seule opération) des objets de qualité en grande quantité, même si les formes sont complexes, dans des gammes de poids allant de quelques grammes à plusieurs kilogrammes. L’étude et la Conception d’un moule constitue la plus importante étape dans le processus de production du produit, L’étude fait appel à des connaissances qui s’étalent sur une diversité de problèmes : Thermique, Mécanique des fluides, Rhéologique …. La matière, les paramètres d’injection, la spécifié du moule et l’empreinte constituent une série à Etudier à chaque conception, donc L’étude portera sur l’injection d’une caisse : conception de la caisse, dimensionnement du moule, Etude de la partie thermique, simulation d’injection. L’optimisation portera sur le choix idéal de la matière à injectée ainsi une optimisation de l’état des surfaces fonctionnelles de la pièce et les paramètres d’injection les plus appropriés pour cette pièce.
  • 2. 2 I. Le procédé d’injection des thermoplastiques : Le procédé d’injection est un procédé de mise en forme des thermoplastiques par moulage permettant la production de pièces minces jusqu’à quelques millimètres d’épaisseur. Ce procédé est très répandu pour les productions de grandes séries comme l’automobile, l’électroménager ou l’électricité. 1. Le déroulement de l’injection : • La presse d’injection : La presse d’injection se compose de trois sous partie : - Le groupe de plastification et d’injection (figure 1.1) comprenant la vis, le fourreau chauffant et la trémie d’alimentation. - Le moule d’injection (figure 1.1) qui se constitue d’une partie fixe de la machine et un autre mobile afin de libérer la pièce, et un système d’éjection, de refroidissement, et d’alimentation. - l’unité de contrôle. Figure 1: presse d'injection  Les diverses parties de la machine : 1. Plateau arrière fixe (Backing platen) 2. Mécanisme de fermeture - genouillère et vérin (Closing mechanism - Toggle lever and cylinder)
  • 3. 3 3. Éjecteur (Ejector) 4. Plateau mobile (Floating platen) 5. Colonne de guidage (Tie bar) 6. Plateau fixe d’injection (Fixed platen) 7. Buse d’injection (Nozzle) 8. Tête du baril (Barrel head) 9. Bande chauffante (Heater band) 10. Baril d’injection (Transfer chamber) 11. Vis (Screw) 12. Trémie d’alimentation (Feed hopper) 13. Goulotte d’alimentation (Feed throat 14. Motorisation de la vis (Screw motor) 15. Décharge des pièces (Parts discharge opening) 16. Moule (Mold) 17. Console de commande (Digital control panel) 18. Bâti (Frame) • Le cycle de vie de l’injection : La matière plastique (exemple : PP, PE, ABS, …) se présente sous forme de granulés dans la trémie. Celle-ci doit subir une première transformation, elle est chauffée à l’intérieur du fourreau puis malaxée par une vis. Cette première étape s’appelle la plastification. A la suite de cette opération la matière visqueuse est poussée dans le moule par un piston. C’est l’injection. Pour que la matière puisse se solidifier, il est ensuite nécessaire de
  • 4. 4 thermo réguler le moule. La pièce moulée peut alors être éjectée après ouverture du moule grâce à un système d’éjection. 2. Les matières injectables : Les polymères (thermoplastiques et thermodurcissables) et les élastomères peuvent être moulés par injection. Les Thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous l'action de la chaleur. Ils reprennent leur forme initiale en refroidissant sauf dans le cas de réchauffements répétés. • Les Thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous l'action de la chaleur. Ils reprennent leur forme initiale en refroidissant sauf dans le cas de réchauffements répétés. • Les thermodurcissables Ce sont des plastiques qui prennent leur forme définitive au premier refroidissement, la réversibilité est impossible. • Les élastomères : Ils présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Ils sont employés dans la fabrication des coussins, de certains isolants ou des pneus. Mais, les thermoplastiques restent les plus utilisés pour ce procédé de mise en forme. Synthèse : Le procédé d’injection est un procédé de mise en forme essentiellement des thermoplastiques par moulage permettant la production de pièces minces. Ce procédé se fait à l’aide d’une presse d’injection qui se constitue de trois principales parties : unité d’injection, moule et unité de fermeture. L’injection des matières plastiques se fait en plusieurs étapes : plastification, remplissage, maintien, refroidissement et éjection de la pièces finale.
  • 5. 5 II. Le moule d’injection : Le terme mouler une forme ou une cavité creuse, dans laquelle le plastique fondu est forcé de donner la forme de la pièce requise, se réfère généralement à tout l'ensemble des pièces qui constituent la section de l'appareil de moulage dans lequel les parties sont formées. En outre, le fait de démouler ses pièces plus facilement, il faut s’assurer de maitriser de nombreux paramètres : la solidification de la pièce, le remplissage complet du moule, le réchauffage, le refroidissement de la matière etc.., ceci est dans le but d’éviter toute sorte de défaut qui vas influencer le processus de production. En générale, le moule se compose d’un certain nombre d’éléments qu’on peut les classées dans des sous-ensembles fonctionnels : - Les éléments moulants : empreints (poinçon et matrice). - Les éléments fonctionnels : carcasse, alimentation, mécanisme de démoulage et de libération des pièces injectées, dispositifs de régulation de températures de moule. - Les éléments auxiliaires : fixation et dispositif de manipulation, systèmes de centrage, robots de mise en place des prisonniers et d’extraction des pièces moulées, dispositifs de sécurité et de contrôle du démoulage. Ces éléments doivent remplir plusieurs fonctions dans la presse d’injection : - fonction mise en forme. - fonction alimentation. - fonction régulation. - fonction éjection. Figure 2: Les différentes fonctions du moule d'injection
  • 6. 6 1) Vue en 2D et 3D du moule : Figure 3: Les différents composants du moule, vue en 2D Nomenclature : (tableau 3 de l’annexe) 2) Type des moules d’injection : Un moule doit généralement remplir des fonctions, de moulage, éjection, guidage et refroidissements, plusieurs familles de moules trouvent leurs justifications en fonction du : • Nombre d’empreintes (1, 2, 4, 8, 16, 32 ...). [3] • Son architecture : nombre de plaques, tiroirs, coquilles • Le système d'alimentation : carotte perdue, canaux chauffants • Le type d'alimentation des empreintes : pin point, en masse, en parapluie, sous-marine, en ligne, en "n" points • L'éjection des pièces (par éjecteur, bloc d’éjection ou autres) • La régulation de la température • La durée de vie (choix des matériaux) En fonction de ces paramètres
  • 7. 7 Figure 4: vue en 3D du moule d'injection 2.1Moule à deux plaques : Le tableau suivant illustre le fonctionnement d’un moule à deux plaques, par les schémas associés. Figure 5 : Le fonctionnement d’un moule à deux plaques
  • 8. 8 2.2Moule à trois plaques : Le tableau suivant illustre le fonctionnement d’un moule à trois plaques, également on rencontre dans l’industrie des moules à plusieurs plaque utilisant le même principe, la chronologie des ouvertures, se fait les priorités définis par le concepteur, principalement on a un plan de joint carotte et un plan de joint pièce Figure 6: fonctionnement d'un moule à trois plaques 2.3Moule à tiroir : Les moules à tiroir et à coins forment des solutions particulières pour permettre d’injecter des pièces présentant des contre dépouilles, leur fonctionnement est présenté par le tableau suiva Figure 7: Fonctionnement d'un moule à tiroir
  • 9. 9 3. Les différentes fonctions du moule : La majorité des moules sont fabriqués à partir des éléments standard vendus dans le marché par différents constructeurs comme DME, HASCO, RABOURDIN, STRACK, etc. Chaque moule, quel que soit son type, se compose ou fait appel à un certain nombre de sous- ensemble fonctionnel pour remplir les fonctions suivantes [5, 6]. ▪ Fonction alimentation : Le moule doit conduire la matière en fusion depuis la buse de presse jusqu'à l'empreinte. ▪ Fonction mise en forme : C'est la forme et les dimensions des parties moulantes qui déterminent la forme et les dimensions de la pièce plastique. ▪ Fonction éjection : Pour démouler les pièces plastiques, il faut souvent faire des mouvements plus ou moins complexes puis l’éjecter pour sortir la pièce de l’outillage. ▪ Fonction régulation thermique : La matière entre en fusion dans les parties moulantes. Il faut donc la refroidir pour qu'elle se solidifie. C'est souvent le refroidissement qui est le temps le plus important dans un cycle de moulage. ▪ Fonction guidage / positionnement : Le moule étant composé de plusieurs parties séparées par le plan de joint, à la fermeture du moule celui-ci doit être guidé et recentrer pour que les parties moulantes de la pièce soit en correspondance entre les différentes parties du moule. ▪ Fonctions manutention, stockage, sécurité et liaison machine : Ces fonctions assure la relation correcte entre la presse et les différents périphériques ainsi que le stockage et la manutention des moules. Ainsi que d’autres fonctions indispensables : Le maintien, La fixation 3.1 La fonction d’alimentation : Elle sert à faire passer le polymère fondu de la buse machine vers la buse outillage ou la buse moule (il se peut que la buse machine remplace la buse outillage) soit directement ou à travers un canal d’alimentation, la plupart des buses outillages utilisées sont les buses directes à cause de plusieurs caractéristiques, les paramètres qu’il faut prendre en considération sont : • Le diamètre de la buse outil (elle doit répondre à quelques critères) • La forme du canal : cylindrique, trapézoïdale, etc. • Le diamètre du canal. • La forme et le diamètre des seuils : c’est eux le lien entre l’empreinte et le canal d’alimentation.
  • 10. 10 3.2 La fonction mise en œuvre C’est cette fonction qui assure la forme de notre pièce, en fait pour se faire il faut prendre en considération que : • La pièce doit contenir des dépouilles d’ordre de grandeur entre 0.5 à 2°, • Ainsi que des congés dans les angles vifs (les coins), • Il s’agit aussi de retraits différentiels qui peuvent avoir lieu à cause de refroidissement. Lors de la conception des pièces on doit appliquer un coefficient de correction des dimensions de l’empreinte qui tiennent compte du retrait de la matière. Il s’agit de pourcentage de calcul du retrait total qui est la somme du retrait de moulage et du post retrait dû à la poste cristallisation, pour les polymères semi- cristallin comme le PE et le PP le PR est moins important que celui du moulage. • Il s’agit d’éventail : qui sont des bulles d’air qui restent lors de l’injection et qui peuvent causer un brulement de la pièce ainsi qu’un retardement de remplissage et une pression intense sur le polymère. C’est pour cela qu’il faut utiliser des orifices qui permettent l’évacuation rapide de l’air c’est plus difficilement réalisable en dehors de la ligne de joint. Il est donc souvent préférable de revoir la géométrie de la pièce afin de limiter ce défaut. Figure 8: Principe de l'alimentation du moule Figure 9: La partie mobile et la partie fixe d'une pièce faite par injection
  • 11. 11 Les empreintes sont les parties du moule qui servent à obtenir la pièce désirée. Il y en a deux par pièce moulée, une en partie fixe et l'autre en partie mobile.  Le bloc empreint mobile : Les fonctions à assurer : - Mettre en forme la pièce avec le bloc empreinte fixe. - Alimenter l’empreinte. • Ejecter la pièce. - Positionnement par rapport au bloc empreint mobile (si nécessaire).  Le bloc empreint fixe : Les fonctions à assurer : - Mettre en forme la pièce avec le bloc empreinte fixe. - Alimenter l’empreinte. - Positionnement par rapport au bloc empreint mobile (si nécessaire). ✓ La plaque de support d’efforts (passages d’éjecteurs à percer) Il faut permettre le passage des éjecteurs. (Perçage) ✓ Méthodes d’obtention des empreintes : Réalisation par usinage (Enlèvement de matière). - Réalisation par coulée sous vide. - Réalisation par fonte à cire perdue. - Réalisation par ajout de matière 3.3 Fonction d’éjection : Cette fonction assure l’extraction correcte des pièces et suivant besoin de leur système d’alimentation hors de l’outillage. L’étude des plans de joint et du sens de démoulage détermine la partie de l’outillage sur laquelle s’opérera la retenue globale de la pièce. Cette partie est dans la plupart des cas la partie mobile où sont implantés les dispositifs d’éjection de pièce : ❖ Hydraulique ❖ Pneumatique ❖ Mécanique Grace à l’action de la presse ou par un système indépendant. Il peut arriver de devoir positionner l’éjection coté fixe. Il est aussi possible de faire de séquence d’éjection avec multi-batterie d’éjection pour éjecter la carotte avant la pièce ou inversement ou bien d’autres possibilités existent. Cette fonction prend en compte les paramètres suivants : ❖ Les possibilités mécaniques du polymère ❖ Un calcul d’effort d’éjection peut être fait faisant entrer en compte : ❖ Les formes et dimensions des zones de retenues
  • 12. 12 3.4Fonction régulation thermique : Cette fonction assure la régulation de l’outillage pour permettre une solidification correcte du polymère. Cette fonction est nécessaire pour obtenir une structure optimale du polymère injecté et un temps de production minimum. Ces deux objectifs sont généralement contradictoires. La réalisation de cette fonction est assurée par la circulation dans l’outillage (circuits de régulations) d’un fluide caloporteur qui passe par des trous de refroidissement ayant un diamètre d’ordre de grandeur de 6 mm à 12 mm, au-delà de ces diamètres crée un flux laminaire néfaste à l’absorption de calories. L’importance du standard des raccords de raccordement peut aussi jouer sur le dimensionnel ou bien à travers des rainures soit sur un fond, soit sur le périmètre d'une pièce circulaire. 3.5Fonction de guidage et de de positionnement : Le moule étant composé de plusieurs parties séparées par le plan de joint, à la fermeture du moule celui-ci doit être guidé et recentrer pour que les parties moulantes de la pièce soit en correspondance entre les différentes parties du moule. Cette fonction assure le guidage et le positionnement de la partie mobile de l’outillage par rapport à la partie fixe. Bilan des centrages et des guidages : ▪ Guidage 1 : Mouvement linéaire du plateau mobile sur les colonnes presse ▪ Guidage 2 : Mouvement de la Partie Mobile (PM) avec la Partie Fixe (PF) de l’outillage Figure 10: Éjection par Bloc d’éjection ou pavé d’éjection et les défauts à éviter Figure 11: Les centrages et les guidages à assurer sur une presse/moule
  • 13. 13 ▪ Centrage 1 : Mise à l’axe de l’Axe Outillage sur l’Axe Presse ▪ Centrage 2 : Mise à l’axe de l’Axe de la Partie Mobile (PM) avec l’Axe de la Partie Fixe (PF) de l’outillage/ ❖ Concernant le centrage entre l’outillage et la presse, il s’agit de bagues de centrages ayant pour rôle de faire cette fonction. ❖ Pour assurer le centrage entre l’axe de la partie fixe et la partie mobile on procède à un recentrage : ▪ Soit par un "cône" ▪ Soit par des faces inclinées. ▪ Soit par des centreurs coniques ou droits. ❖ Le guidage et le positionnement seront obtenus suivant les tolérances imposées à la pièce et aux parties rentrantes fragiles ou non, par différents systèmes : • Soit un ensemble de colonnes et douilles de guidage permettent d’assurer la fonction complète, • Soit un ajout de centreurs coniques ou droit seront nécessaires afin d’assurer cette fonction avec plus de précision. Figure 13: bague de centrage 3.6 Fonction de maintien : Assuré par : Plaque arrière coté injection : Permet de fixe la rondelle de centrage, la buse moule et les bagues de guidage, ainsi que le bridage. Plaque porte empreinte coté injection : Permet la fixation de la bague de guidage, contient Plaque porte empreinte coté éjection : le circuit de régulation de température Figure 12: Colonne de guidage
  • 14. 14 3.7 Fonction de fixation : Permet de fixer la plaque arrière cote injection sur la plaque porte empreinte cote injection, elle se fait soit : 3.8Fonction manutention, stockage, sécurité et liaison machine : Afin d’éviter toute détérioration de l’outillage, il est impératif qu’à la fermeture du moule le dispositif d’éjection soit rentré. Les systèmes permettant le retour de la batterie d’éjection sont ❖ Les ressorts ❖ Les vérins ❖ Les éjecteurs de remise à zéro Figure 14: différentes possibilités de fixation dans un moule
  • 15. 15 ❖ Les capteurs En outre des solutions constructives sont mise en place pour assurer la manutention des moules pour le stockage et les opérations de maintenances et de fin de série. 4. Dimensionnement et conception du moule : La conception du moule pose sur des règles bien définis qui prennent en considération un nombre important de critères ainsi qu’elle nécessite un dimensionnement bien précis. 4.1Dimensionnement de la buse outil : • Le diamètre de la buse : Est défini selon MENGES par la relation suivante : Où V : est la quantité de la matière injectée (après presque la fin du remplissage, une quantité additionnelle de la matière est injectée pour remplir le vide établi par le retrait) et v : la vitesse d’injection et t : temps de remplissage, généralement le produit v*t est connu pour chaque matériau, En outre de cette relation il y a une autre qui présente un critère très important Le même auteur propose pour le calcul de d, la relation suivante : Où K est une constante dépendant de la matière. • Les types de la buse outil : On distingue plusieurs types de buse moule en fonction de la pièce, la matière et le moule. ▪ Buses Directes ▪ Buses Chauffantes Directes. ▪ Buses Chauffantes à Obturation.
  • 16. 16 ▪ Blocs Chauds et Busettes d’alimentation directes ▪ Blocs Chauds et Busettes à Obturation. En effet les buses d’injection directe sont les plus répandues dans le marché dont les caractéristiques générales • Possibilité d’injecter directement sur la pièce mais nécessite une reprise (coupe de la carotte) ou directement sur le canal d’alimentation au plan de joint. • Elles comportent une dépouille suffisante, un état de surface polie et une dureté de minimum 55HRC. • Le Ø d’entrée doit être supérieur au Ø de la Buse machine • Généralement Ø4 pour les petites pièces et Ø8 pour les grosses pièces • Une régulation efficace est nécessaire autour de la buse pour que le cycle de démoulage ne dépende pas du temps de refroidissement de la carotte. (Tableau 7 annexe) 4.2 Dimensionnement des canaux d’alimentation : • La forme du canal d’alimentation : (tableau 8 annexe) Bien qu'idéalement la section circulaire (qui offre la surface maximale pour un périmètre minimal) soit la meilleure, on a recours pour des raisons de facilité d'exécution à des canaux dont les sections sont semi-circulaires, trapézoïdales ou en forme de U • Diamètre du canal d’alimentation :  Le calcul du diamètre du canal d’alimentation d’après le tableau du DUBOIS suivant : (tableau 4, annexe)  Selon PYE, le diamètre du canal d'alimentation s'exprime par : dc = diamètre du canal en inches (1 inches=25,4 mm) m = masse de la pièce en onces (1 oz = 31 g) L = longueur du canal en inches 4.3 Dimensionnement des seuils d’injection : • Calcul des dimensions des seuils : Il n’y a pas des critères sur la géométrie des seuils, néanmoins à chaque géométrie des règles selon plusieurs auteurs qu’il faut respecter, parmi ces calculs : Pour les seuils rectangulaires, la hauteur h est déterminée par la formule : h = n e h = hauteur du seuil en mm e = épaisseur de la paroi en mm (au droit du seuil) n = constante du matériau
  • 17. 17 Le calcul de la largeur l s'effectue selon la formule : l : largeur en inches ; S : surface de l cavité exprimée en inches2. Pour ce qui concerne la longueur Ls du seuil, PYE propose : Pour les seuils circulaires PYE fait intervenir l'épaisseur de la paroi de la pièce, face au seuil, pour le calcul du diamètre: d = diamètre du seuil ; n = constante du matériau ; S = surface de la cavité e = épaisseur de paroi au droit du seuil MOURGUE propose une autre formule faisant intervenir la masse de matière m à fournir en g. Ss = section du seuil en mm2 ; e = longueur du seuil en mm L = longueur du canal c'alimentation (mm) MENGES propose des surfaces de seuils égales au 1/10 de la surface des canaux et une Largeur égale à trois fois la longueur de l'attaque. La formule la plus simple est en fait celle de DELORMES = 0,3 P S avec S section du seuil en mm² et P poids de la pièce en g • Types de seuils d’injection : ( tableau 9 ,annexe) • La position des seuils d’injection : Le choix de la position du seuil est guidé par des contraintes de fabrication du moule et de limitation des défauts pièces, il faut pour choisir la position du seuils suivre les recommandations suivantes : Toujours chercher à positionner le point d'injection dans la zone présentant la plus grande épaisseur de paroi. _ Ne jamais positionner le seuil près de zones soumises a de fortes contraintes. _ Pour les pièces longues, le seuil sera si possible positionne longitudinalement, de préférence a une position transversale ou centrale, notamment dans le cas de résines renforcées. _ Si le moule possède deux cavités ou plus, les pièces et leurs points d'injection seront Figure 15: Ensemble de seuils rectangulaires Figure 15: Ensemble de seuils circulaires
  • 18. 18 disposées de façon symétrique par rapport à la carotte. _ Pour les pièces comportant des charnières intégrées, le seuil sera positionné de telle sorte que la ligne de soudure soit éloignée de la charnière. Les interruptions d'écoulement près des charnières doivent être évitées a tout prix. _ Pour des pièces tubulaires, le fondu devra d'abord remplir la circonférence annulaire a une extrémité, puis la longueur du tube proprement dit. Cette procédure permettra d'éviter l'asymétrie du profil de l'écoulement frontal. _ Les surfaces apparentes ne devant présenter aucun défaut visuel (comme par exemple des marques de référence) pourront être moulées à partir d'un point d'injection situe sur leur face inferieure, en utilisant une alimentation par seuil sous-marins. _ Positionner le point d'injection de façon à éviter autant que possible les interruptions de l'écoulement frontal (pièces complexes, moules a empreintes multiples de formes différentes, etc.), même brèves, durant le remplissage. 4.4 Choix des dépouilles : La dépouille dépend essentiellement de l'état de surface de la pièce et de la précision de la géométrie des surfaces (grainage, poli glace, planéité, rectitude…) ainsi que le matériau appliqué. Dans une moindre mesure la dépouille dépend aussi de l'élasticité du thermoplastique. 4.5 Le calcul des retraits : Le retrait exerce une influence directe sur les dimensions d'une pièce moulée par injection. Un retrait différentiel provoque des déformations (gauchissement ou voilage). L’évaluation du retrait est toujours difficile, quel que soit la matière plastique, il convient à le déterminer par des résultats expérimentaux. -Le retrait de moulage est indiqué en % :𝑹 𝒎 = 𝑴 𝒇−𝑳 𝑴 𝒇 Figure 16: La forme de dépouille
  • 19. 19 -Le post-retrait est indiqué en % : 𝑷 𝒓 = 𝑳−𝑳 𝟏 𝑳 × 𝟏𝟎𝟎 RETRAIT = dimension de l’empreinte – dimension de la pièce ( Pour voir les retraits des différents matériau voir( tableau2 Annexe) 4.6 Le choix du plan de joint : Le tracé du plan de joint résulte de la morphologie de la pièce moulée, de ses tolérances, des exigences esthétiques, du choix du système d’extraction et de la presse à injection utilisée. La surface de contact des deux parties de l’empreinte peut être plane ou non ; elle doit assurer l’étanchéité du moule, être résistante à la force de fermeture et à l’abrasion. • Position du plan du joint : Tributaire par la géométrie de la pièce, et surtout les petits détails de forme comme l’arrondie ou congé.
  • 20. 20 L’approche tangentielle lors de la fermeture d’outillage engendre des frottements, des usures, des pertes de matières, d’où il est préférable d’avoir des approches obliques • Lignes de joint : Les lignes de joints sont des ≪ marques ≫ sur la pièce démoulée qui résultent du contact de différents éléments de l’outillage participant au morcelage de l’empreinte. Il existe 3 types de lignes de joints : o Les extérieures o Les intérieures o Les auxiliaires ❖ La ligne de joint extérieure ou externe : On appelle ligne de joint extérieure la trace que le plan de joint de l’outillage laisse sur les pièces. Elle résulte du contacte entre la partie mobile et la partie fixe de l’outillage. Elle sera toujours une ligne dite « fermée ». Plus l’outillage sera soigné et de qualité, moins la ligne de joint sera visible. ❖ La ligne de joint intérieure ou interne :
  • 21. 21 On appelle ligne de joint interne la trace que laisse les éléments de formes moulantes tels que les broches, les poinçons et les noyaux. Lorsque ces derniers viennent en contact avec la partie opposée du moule ❖ · La ligne de joint auxiliaire : On appelle ligne de joint auxiliaire la trace laissée par les éléments moulants tels que les tiroirs et les cales pentées. 4.7 Le choix des éjecteurs : • La forme des éjecteurs : (tableau 5 de l’annexe)
  • 22. 22 Circulaire autant que possible (facilité d’usinage) à lame si l’appui se trouve sur un rebord ou à l’extrémité d’une nervure Tubulaire si nous sommes en présence d’une forme circulaire creuse à démouler • Le nombre : Le plus grand nombre possible afin d’assurer une extraction sans problème. Le minimum afin de réduire les coûts de l’outillage. • Le positionnement :  Sur des surfaces non visibles et non fonctionnelles  A proximité des endroits ou l’empreinte est profonde (nervure, bossage, rebord…)  A proximité immédiate des contre-dépouilles ou des surfaces ayant des dépouilles faibles,  Proche des seuils sous-marins • Le guidage : Un guidage long est préconise soit environ 3 à 4 fois le diamètre de l’éjecteur. • La longueur : Chaque éjecteur est ajusté individuellement par rapport à la surface de l’empreinte • La course : Elle sera au minimum égale à la profondeur maxi de l’empreinte a démouler ou de la longueur du noyau • Sécurité : Afin d’éviter toute détérioration de l’outillage, il est impératif qu’à la fermeture du moule le dispositif d’éjection soit rentre. Les systèmes permettant le retour de la batterie d’éjection sont : o Les ressorts o Les vérins o Les éjecteurs de remise à zéro o Les capteurs • Choix de dispositif d’éjection : En fonction de la forme de la pièce, du nombre de pièces, des spécifications du cahier des charges pièce, on choisira un type d’éjection diffèrent : · Ejecteur cylindrique ou tubulaire · Ejecteurs a lames · Plaque dévetisseuse · Soupape d’éjection · Ejection combine (associe 2 ou 3 systèmes) · Ejecteur annulaire • Types d’éjecteurs :
  • 23. 23 4.8 Le dimensionnement des canaux de refroidissement : • Le diamètre des canaux de refroidissement : On refroidit les moules par rapport à la température d'injection du polymère. Bien souvent la température des moules est comprise entre 40°C et 100°C. La plupart du temps, on perce des trous pour faire circuler un liquide de refroidissement. Théoriquement le diamètre de ces trous sera 𝐷 = √ 𝑤.√ 𝐿 3.7 Pratiquement on choisit du tableau ci-dessous le diamètre approprié pour chaque matière : En effet les diamètres couramment utiliser vont de Ø6, Ø8, Ø10, Ø12 au-delà les diamètres créent un flux laminaire néfaste à l’absorption des calories. L’importance du standard des raccords de raccordement peut aussi jouer sur le dimensionnel. Figure 17: différents types des éjecteurs Figure 18: différents circuits de refroidissement
  • 24. 24 • Position des canaux de refroidissement : Les entrées et sorties doivent idéalement être positionnées sur le dessous du moule. Cela élimine le risque de suintement du liquide de refroidissement sur le moule. On note TF la température du fluide de refroidissement, TC est la température à la surface des canaux de refroidissement, ΓC est la surface des canaux de refroidissement. La différence de température entre la surface de la cavité moulante et la surface des canaux de refroidissement est due à la conductivité limitée du matériau constitutif du moule et est fonction de la distance entre la cavité et les canaux L. La densité de flux moyenne à l’intérieur du moule ϕM peut donc s’écrire ϕ 𝑀 = 𝜆 𝑀 𝑑 𝑠𝑐 (𝑇 𝑀 − 𝑇𝐶) • Temps de refroidissement : Il est calculé par la relation suivante : 𝑡𝑟 = ( 𝑒2 𝜋2.𝛼𝑒𝑓𝑓 ) . 𝐿𝑛 [ 8 𝜋2 ∗ 𝑇𝑚−𝑇𝑚𝑜 𝑇𝑒−𝑇𝑚𝑜 ] Avec tr : temps de refroidissement [s] e :épaisseur de paroi [m] 𝜶 𝒆𝒇𝒇 : coefficient de diffusion thermique [10-8 m2 s-1 ], avec α eff = 𝜆 𝐶 𝜌 e
  • 25. 25 avec C : la capacité thermique 𝜌 ∶la masse volumique du matériau 𝑻 𝒎 : température de la matière [°C] 𝑻 𝒎𝒐𝒚 : température moyenne de la paroi du moule [°C] (Valeur moyenne de la température Minimale et maximale au cours d’un Cycle par injection) 𝑻 𝒆 : température moyenne de démoulage [°C] On a utilisé le tableau suivant contenant 4.9 Le choix des paramètres de la machine d’injection : Figure 19: Les différentes forces appliquées au système d'injection
  • 26. 26 • La force d’injection : On sait que : 𝐹 = 𝑃 ∗ 𝑆 ∗ 𝑠 avec F : la force d’injection, P : la pression d’injection, S : la surface du moule, s : Le coefficient de sécurité de la matière. • Le volume injectable : Le volume injectable est calculé par la méthode suivante : 𝑉𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 = 𝑉 𝑚𝑜𝑢𝑙é 𝑠 avec 𝑉 𝑚𝑜𝑢𝑙é est le volume de la matière qui entre dans le moule pour prendre la forme, s : coefficient de sécurité. • Force de verrouillage : 𝐹𝑣 = 1.1 ∗ 𝑃𝑚 ∗ 𝑆𝐹 avec 𝑃𝑚 : la pression de la matière et SF : la surface du moule • Course de dosage : 𝐶 = 𝑉 𝑖𝑛𝑗 𝑆 𝑣𝑖𝑠 avec 𝑉𝑖𝑛𝑗: 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑡𝑒𝑠𝑠𝑒 𝑑′𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 et 𝑆𝑣𝑖𝑠: 𝐿𝑎 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑢 𝑣𝑖𝑠 𝑑′𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 • Temps de remplissage : 𝑇𝑟 = 𝑉+1.5 𝑄 𝑣 avec V : le volume de la pièce et 𝑄 𝑣: 𝑙𝑒 𝑑é𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑟𝑟𝑖𝑣𝑎𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑢𝑠𝑒 • Temps de cycle : Le temps de cycle = temps de refroidissement + temps de remplissage
  • 27. 27 4.10 Le choix de la matière du moule : Les exigences de plus en plus sévères auxquelles doivent satisfaire les outils utilisés pour la transformation des matières plastiques nécessitent la mise au point spécifique d'aciers à outils présentant des caractéristiques d'utilisation déterminées en fonction des différentes applications. Les outils employés pour la transformation des matières plastiques sont essentiellement sollicités par des pressions et une usure importante. Certains types de matières plastiques peuvent également être à l'origine de sollicitations par corrosion. Les différentes matières plastiques et les différents procédés de transformation nécessitent que l'acier à outils présente certaines propriétés définies, par exemple, ( Voir tableau 6) 4.11 Le choix du type de moule : Synthese : Figure 20: Les différents types des moules et leurs propriétés
  • 28. 28 Le moule est la partie ou la matière est fondue afin de donner la forme de la pièces requise, il y a différentes types de moule (moule à deux plaques, moule à trois plaques, moule à tiroirs) qu’il faut choisir un type dépendant les critère de la pièces . le moule a plusieurs fonction : - La fonction d’alimentation qui est assure par la buse que nous choisissons de la forme et le diamètre, et les seuils qui est dimensionne par un diamètre et une forme bien déterminé et finalement le canal d’alimentation qui doit avoir une longueur courte pour limiter les pertes de la matière et un diamètre déterminé par des abaques afin de donner la matière suffisante pour la pièce. -La fonction mise en forme dont la pièce injecte doit avoir des dépouilles afin de faciliter le démoulage et des arrondis pour éviter les angles vifs un retrait qui dépend de la matière et un plan de joint qui sépare la partie mobile de celle fixe -La fonction régulation thermique est la phase de refroidissement dont il faut choisir des canaux de refroidissement avec un diamètre déterminé par les abaques
  • 29. 29 III. Conception de la pièce et simulation d’injection : 1. Analyse fonctionnelle 1.1 Bête à corne : 1.2 Diagramme pieuvre -
  • 31. 31 1.4 SADT : 2. Conception de la caisse : 2.3 Présentation de la caisse Notre projet est basé sur une caisse plastique de dimensions suivantes : une longueur de 600 mm et une largeur de 400 mm, elle est faite en polypropylène dont les caractéristiques sont meilleures au niveau de la tenue à la température, la résistance à la fatigue et à la flexion, la densité qui n’est pas trop élevée et la facilité d’être coloré … La caisse réelle :
  • 32. 32 La caisse en 3D sur CATIA V5R21 : Figure 21: vue globale de la caisse Figure 22: les différentes vues de la caisse
  • 33. 33 Le dessin de définition de la caisse : 2.1 Présentation de la presse d’injection utilisée : (voir tableau 14, annexe) 2.3 Conception du moule de la caisse sur Catia V5R21 : Pour avoir une bonne conception de la pièce voulue il faut prendre en considération : Figure 23: dessin de définition de la caisse
  • 34. 34  Les dépouilles : Pour rendre possible le démoulage de la pièce, dans notre cas et tant qu’on a la caisse en polypropylène, on choisit 2° comme angle de dépouille.  Les arrondies : Pour éviter les angles vifs, dans notre cas on a choisi 5mm comme arrondie. 1.3.1 La détermination du poinçon, de la matrice ainsi que les tiroirs : C’est la phase la plus importante puisqu’à travers elle on détermine les différentes parties du moule Figure 24: La dépouille utilisée
  • 35. 35 1.3.2 Le choix du plan de joint : Le choix du plan de joint doit prendre en considération les éléments qui doivent être dans la partie mobile du moule ainsi que les éléments qui doivent être dans la partie fixe, et il doit prendre en considération les congés, les nervures et tout variation de la surface, c’est pour cela qu’on a choisit comme plan de joint : Figure 25: La matrice, le poinçon et les tiroirs
  • 36. 36 1.3.3 le remplissage des trous : Afin de produire une pièce ayant des trous, il faut qu’ils soient remplis dans le moule pour qu’on puisse les trouer lors de l’injection On obtient alors les différentes surfaces suivantes après assemblage de différents éléments de chaque partie : Figure 26: La surface limitante du plan de joint de la caisse Plan de joint Figure 27: trous remplis
  • 37. 37 1.3.4 Le dimensionnement du moule :  Le diamètre de la buse outil : 𝑑 = 𝑉 𝑖𝑛𝑗 0.78∗𝑣∗𝑡 , 𝑉𝑖𝑛𝑗 = 𝑣 𝑚𝑜𝑢𝑙é 𝜑 =  Le diamètre de seuil : Avec n=0.7 pour PP Donc : d=5.23mm Figure 29 : la partie poinçon Figure 30 : La partie matrice Figure 31 : Les tiroirs
  • 38. 38  Le diamètre de canal d’alimentation : Donc 𝑑 𝑐= √38√113 8 =8.22mm D’après le tableau 4 on constate que le canal a pour forme cylindrique  Le diamètre des canaux de refroidissement : D= 7.5mm  La force de verrouillage : 𝐹𝑉= 1.1*Pm*S = 1.1*300*60*40=7920 kN Puisqu’on a une pièce en pp, on peut choisir un moule à deux plaques fait en acier 35CMD7 avec éventuellement 0.07% de S40CMDS (d’après le tableau….) et dans la position 1 ( d’après le tableau ….)., dans l’atelier MOLD TOOLING DEGIN on est aboutit à la forme suivante : Figure32 : la forme du moule de la caisse
  • 39. 39 Remarque : à cause du manque de temps on n’a pas pu faire le moule de toute la pièce car elle contient un nombre énorme de trous, cependant on a pu réaliser le moule de la « Generative tool » de la pièce : 2. simulation d’injection : D’après les caractéristiques de la presse d’injection utilisée on a : ✓ La vitesse d’injection est : 150 tr /min ✓ La pression d’injection : 188 MPa ✓ La force de fermeture est calculée par : F=P.S =1316*60*40*1.2 =37900.8 kN ✓ Le temps de cycle : Temps de cycle = temps de remplissage+temps de refroidissement Avec : • Le temps de refroidissement est : 𝑡𝑟 = ( 𝑒2 𝜋2.𝛼𝑒𝑓𝑓 ) . 𝐿𝑛 [ 8 𝜋2 ∗ 𝑇𝑚−𝑇𝑚𝑜 𝑇𝑒−𝑇𝑚𝑜 ] D’après les caractéristiques de PP on a 𝛼 𝑒𝑓𝑓= 0.12 mm2/s Figure 33: La partie empreinte du moule d'injection pour le Générative Tool de la caisse
  • 40. 40 𝑇 𝑚= 240°C 𝑇 𝑚𝑜=45.15°C et 𝑇𝑒=70°C Donc 𝑇𝑟= 15.88 s • Le temps de remplissage : T= 1.5+𝑉 𝑄 𝑣 Donc T= 1.5+60∗40∗18 14233.33 =3.3s Alors temps de cycle = 19.18 s Interprétation : Pour un temps détermine on peut savoir le nombre de caisse injectés. Synthèse : En faisant une analyse fonctionnelle pour définir la pièce de notre projet, après conception de la caisse sur CATIA V5 contenant des dépouilles de 2deg et des congés de 5 mm Apres avoir faire un dimensionnement de moule en déterminant le diamètre de la buse , de seuil et de canal d’alimentation on a fait une conception du moule à l’aide de l’atelier core and cavity . Et enfin une simulation afin de déterminer le temps de cycle et après le cycle de production.
  • 41. 41 Conclusion : • Grace à notre travail collectif on a pu faire la conception de la caisse sur CATIA V5 et dimensionner les diverses parties du moule selon les normes exigées dans le cahier de charge qu’on a choisi. • La démarche de Conception de moule avec la caisse était très compliquée dont on a trouvé des problèmes de remplissage des trous. • Concernant la partie simulation, on n’a pas pu aboutir tout le calcule à cause de manque de documentation ce qui rendu la tâche difficile. Or on n’a pas cédé dont on a fait une énorme recherche afin de déterminer tous les paramètres • En bref on a su le cycle de vie de la caisse : conception, cycle d’injection (plastification, remplissage, maintien, refroidissement et éjection de la caisse).
  • 42. 42 Bibliographie et webographie : https://french.alibaba.com/product-detail/2014-new-plastic-fruit-crate-injection-molding-machine- 1912879888.html?spm=a2700.8699010.normalList.52.5a349d99yFjYaw https://www.google.com/search?q=calcul+force+de+fermeture+injection+plastique&tbm=isch&sour ce=iu&ictx=1&fir=OqD_EJENpEnx9M%253A%252CffQJKv5ER03M1M%252C_&vet=1&usg=AI4_- kRm50cKwhynLXw3Mrwl4AnMo5A9QQ&sa=X&ved=2ahUKEwjp0eeV1- TiAhXQUlAKHeN2A_YQ9QEwCXoECAUQBA#imgrc=VE43tVAl_8vNFM:&vet=1 https://eduscol.education.fr/sti/sites/eduscol.education.fr.sti/files/ressources/pedagogiques/5349/5 349-ressources-injection.pdf https://www.usinenouvelle.com/expo/guides-d-achat/injection-thermoplastique-241 https://www.technologuepro.com/cours-procedes-mise-en-forme-matieres-plastiques/chapitre-4- conception-moules-injection-matieres-plastiques.pdf https://fr.slideshare.net/ahmedmanai900/copier-cours-plasturgie-version-00-44502178 notes de cours de « procèdes d’obtention des matériaux plastique et composite « Technologie les moules d’injection » « Cours de PMF des matières plastiques » Enseignants : SAIDI. B ; HAMMAMI.T et LOUATI. H Fiche de Connaissances Injection Innovation Technologique et Eco Conception Ressources : Injection
  • 43. 43 Annexe : Tableau 1: Caractéristiques du polypropylène Tableau 2: Les retraits de quelques matériaux plastiques
  • 44. 44 Tableau3: Nomenclature d'un moule d'injection Tableau 4: Diamètre des canaux d'alimentation selon le matériau
  • 45. 45 Tableau 5: les différents types des éjecteurs
  • 46. 46 Tableau 7 : Gamme de buse d'injection et paramètre de choix Tableau 6 : Le matériau et l'acier du moule convenable
  • 47. 47 Tableau 8: Les différentes formes des canaux d'alimentation
  • 48. 48 Tableau 9: Les différents types de seuil
  • 49. 49 Tableau 10: Les différentes positions du moule Tableau 11: Le dimensionnement des différents coté du moule
  • 50. 50 Tableau12: diamètre des canaux de refroidissement selon les matériaux choisis Tableau13: Les différentes températures de différents matériaux
  • 51. 51 Tableau 14: La presse d'injection utilisée et ses caractéristiques